[發明專利]圖像傳感器

有效

• 申請號: 201810988385.5
• 申請日: 2018-08-28
• 公開（公告）號: CN108777772B
• 公開（公告）日: 2023-09-22
• 發明（設計）人: 戚德奎;石文杰
• 申請（專利權）人: 思特威（上海）電子科技股份有限公司
• 主分類號: H04N25/70
• 分類號: H04N25/70;H01L27/146
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

本發明提供一種圖像傳感器，所述圖像傳感器具有形成在半導體基底上的多個排成行和列的像素單元，每個所述像素單元包括：一個或多個光電二極管；一個或多個傳輸晶體管，分別連接到各自的光電二極管，用于將電子轉移到浮動擴散區域；復位晶體管，連接到所述浮動擴散區域；源極跟隨晶體管，其柵極連接到所述浮動擴散區域，對所述浮動擴散區域的電信號放大輸出。所述源極跟隨晶體管柵極的一端覆蓋所述浮動擴散區域的一部分，形成重疊區域；所述源極跟隨晶體管的柵極和所述浮動擴散區域共享一連接點，形成電連接。本發明提出的圖像傳感器能有效減少所述浮動擴散區域的電容，提高像素電路的轉換增益，降低圖像噪聲。

技術領域

本發明涉及圖像傳感器技術領域，尤其涉及一種實現高轉換增益低噪聲的圖像傳感器設計。

背景技術

CMOS圖像傳感器應用于各領域中，隨著技術的發展和進步，具有較低功耗，高度集成及尺寸更小的圖像傳感器芯片是應用發展的方向。在多個應用領域中，例如智能手機、微型監控裝置、數字照相機等，用于圖像輸出的傳感器芯片越來越趨于小型化。在圖像傳感器設計、制造和加工過程中，為降低成本，減小芯片設計面積，需考慮電路最優化設計，以降低像素電路的圖像噪聲。

圖像傳感器的像素電路設計中通常采用光電二極管經光電效應將包含圖像信息的光信號轉換到電信號，通過傳輸晶體管將電荷轉移到浮動擴散區域(FD)，浮動擴散區域電容值較大則像素電路的轉換增益降低。為提高像素電路的轉換增益，降低圖像噪聲，需進一步降低浮動擴散區域的電容。

為進一步降低圖像傳感器像素電路浮動擴散區域的電容，提高轉換增益，降低圖像噪聲，本發明提出一種改進的圖像傳感器像素電路結構，能有效改善現有圖像傳感器像素電路中浮動擴散區域的電容，同時能進一步改進像素電路的設計。

發明內容

本發明提供一種圖像傳感器，所述圖像傳感器包括多個排成行和列的像素單元，每個所述像素單元包括：

一個或多個光電二極管，置于半導體基底中，用于將包含圖像信息的光信號經光電效應轉換為電子；

一個或多個傳輸晶體管，分別連接到所述一個或多個光電二極管，用于將所述電子轉移到浮動擴散區域FD(floating?diffusion)，所述多個光電二極管和所述多個傳輸晶體管構成共享結構，連接并共享所述浮動擴散區域；

復位晶體管，連接在第一電壓源和所述浮動擴散區域FD之間，用于根據復位控制信號重置所述浮動擴散區域FD的電壓；

放大晶體管，柵極連接到所述浮動擴散區域FD，用于對所述浮動擴散區域的電信號進行放大輸出；

進一步地，所述放大晶體管為源極跟隨晶體管，所述源極跟隨晶體管的柵極連接到所述浮動擴散區域FD；

所述源極跟隨晶體管的柵極的一端設置為覆蓋所述浮動擴散區域FD的一部分，形成重疊區域；所述源極跟隨晶體管的柵極和所述浮動擴散區域FD共享一連接點，形成電連接；

外圍電路，用于對所述多個像素單元輸出的圖像信號進行控制和處理；

進一步地，所述多個光電二極管和所述多個傳輸晶體管分別為兩個，構成共享結構，每個光電二極管分別連接到各自的傳輸晶體管，所述多個傳輸晶體管連接到并共享所述浮動擴散區域；

進一步地，所述圖像傳感器包括一雙轉換增益控制單元，連接在所述浮動擴散區域FD及所述復位晶體管之間，所述雙轉換增益控制單元包括雙轉換增益控制晶體管及電容，所述電容為器件電容或寄生電容；所述寄生電容為所述復位晶體管和所述雙轉換增益控制晶體管的連接點的寄生電容；

進一步地，所述圖像傳感器包括一防溢出晶體管，連接到所述一個或多個光電二極管，用于對所述一個或多個光電二極管進行滿阱控制；